JP2019179927A - 高反射フリップチップｌｅｄダイ - Google Patents

Abstract

【課題】高反射フリップチップＬＥＤダイを提供する。【解決手段】ＬＥＤダイは、透明成長基板（４６）の第１表面上にエピタキシャル成長されたＮ型層（１８）、Ｐ型層（２２）及び活性層（２０）を含む。光が、第１表面とは反対の基板の第２表面から放たれ、蛍光体層（３０）によって波長変換される。基板の第１表面を露出させるように、ダイの中心領域内に、及びエッジ（４４）に沿って、開口がエッチングされる。メタルＰコンタクトから絶縁されて開口内に、例えば銀などの高反射金属（５０）が堆積される。反射金属は、各開口の内側エッジに沿ってＮ側層の露出された側面に電気接続されることによって、Ｎ型層のための電流を導通し得る。反射金属は、蛍光体層によって放たれた下向きの光を反射して効率を向上させる。反射金属によって提供される反射領域は、ダイ面積のうちの１０％−５０％を形成し得る。【選択図】図８

Description

本発明は、例えば蛍光体層などの波長変換層を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）のメタライゼーションに関し、特に、光の上方反射を改善するようにそのようなＬＥＤダイの表面を金属化する技術に関する。

従来ＬＥＤの１つの種類は、その頂部発光面の上に蛍光体層を堆積した青色発光ＬＥＤである。ＬＥＤは通常、ＧａＮに基づく。青色光が蛍光体にエネルギーを与え、蛍光体によって発せられた波長変換光が、蛍光体を通って漏れる青色光と組み合わされる。例えば白色光など、実質的に如何なる色も斯くして作り出され得る。

そのような蛍光体変換式（phosphor-converted）ＬＥＤ（ＰＣＬＥＤ）に関する１つの問題は、より詳細に後述するが、蛍光体層によって発せられる光が等方的であり、一部の光は上向きに放たれてＬＥＤを出て行き、一部の光はダイの半導体部分内に戻る方向に放たれる。そして、この光の大部分が、ＬＥＤダイの底面のメタルコンタクトによって上向きに跳ね返される。反射損を最小化するには、メタルコンタクトが可視スペクトル全体で高反射特性を特徴とすべきであるが、多くの場合、それは達成困難である。

ＬＥＤパッケージ効率は、光が生成／変換された後にＬＥＤから光を取り出す能力である。今日、このようなパッケージ効率の改善が、ＬＥＤの発光効率を高める上での主たる障害の１つと考えられている。

蛍光体変換式ＬＥＤにおける高められたパッケージ効率は、例えばフリップチップなどのアーキテクチャにてＬＥＤの反射率を高めることによって達成され得る。

フリップチップ（ＦＣ）ダイのアーキテクチャにおいては、典型的に“頂部”半導体表面である半導体Ｎ型層から光が取り出される。Ｐ型層は、マウント基板（例えば、印刷回路基板）に面する“底部”半導体層である。ダイの底面にメタルコンタクト（電極）が形成される。Ｎコンタクトは、Ｎ型層の一部を露出させるようにＰ型層及び活性層（すなわち、量子井戸）をエッチング除去することによって形成される。次いで、開口内の露出されたＰ型層及び活性層を覆って誘電体層がパターン形成され（回路短絡を回避するため）、そして、Ｎ型層に接触するように例えばアルミニウムなどの金属層が開口内に堆積される。Ｎコンタクトは、ダイのいたる所のビア及び／又はダイのエッジ付近の溝の形態で構成されることができ、その場合、電流がＮ型層にわたって横方向に拡げられる。Ｎコンタクトの領域では活性層が除去されているので、Ｎコンタクト上では光は生成されない。

メタルＰコンタクトは通常、表面積において最も大きく、機能的にもミラーリフレクタとして使用される。Ｐコンタクトは通常、Ａｇ（銀）材料で構成される。Ａｇの移動能力に起因して、一般に、下に位置する誘電体層内にＡｇがマイグレーションすることを防止するためにメタルガードシートが使用される。Ｎ型層への電気的な結合の向上のためのＮコンタクトには、典型的に、銀ではなくアルミニウムが使用される。

最新テクノロジにおいて、薄膜フリップチップ（thin-film-flip-chip；ＴＦＦＣ）アーキテクチャは、更に成長基板（例えば、サファイア基板）を除去し、続いて、露出されたＮ層表面（そこから、生成された（青色）光が取り出される）の粗面化プロセスを行うことによって得られている。粗面化は、内部反射を抑制することによって光取り出しを向上させる。

蛍光体変換式ＴＦＦＣ ＬＥＤにおいては、粗面化されたＮ層表面に更に蛍光体層が堆積され、あるいは取り付けられ、斯くして、光を狭い波長域から特定の広帯域スペクトルへと変換する。

図１−３は、１つの種類の従来技術に係る蛍光体変換式ＴＦＦＣ ＬＥＤを示している。

図１は、ＬＥＤダイ１０の底面図であり、大きいメタルＰコンタクト層１２と、Ｎ型層への電気的接触が為されるエッジに沿った狭いＮコンタクト領域１４と、良好に電流を拡げるためにＮ型層への更なる電気的接触が為される分散されたＮコンタクト領域１６とを示している。領域１４及び１６でＮ型層と接触する金属層は典型的に、関心ある波長に関して９０％未満の反射率を有するものであるＡｌである。

図２は、図１の直線２−２に沿ったエッジ部分の断面図である。除去されているサファイア成長基板の上に半導体Ｎ型層１８がエピタキシャル成長される。Ｎ型層１８の上に活性層２０及びＰ型層２２が成長される。次いで、Ｐ型層２２に電気的に接触するように、Ｐコンタクト１２として、Ａｇを有し得る高反射性の金属層（又は、複数の金属層のスタック）が堆積される。Ｎ型層１８を露出させるように、エッジに沿って層２２及び２０がエッチングされる。Ａｇ原子のマイグレーションを阻止するために、メタルＰコンタクト層１２上にメタルガードシート層２４が堆積され得る。次いで、誘電体層２６が堆積され、そして、領域１４でＮ型層１８を露出させるようにエッチングされる。次いで、領域１４でＮ型層１８と電気接触するとともにダイ１０のエッジに沿ってメタルリングを形成するように、メタルＮコンタクト層１３（例えば、Ａｌ）が堆積される。ＬＥＤダイ１０の中心領域では、層１３及び２６をエッチング除去することによってＰコンタクト層１２が露出され（図１参照）、そして、ＬＥＤダイ１０の底面を平坦にするようにＰコンタクト層１２が更にメタライゼーションされる。メタルガードシート層２４が使用される場合、Ｐコンタクト層１２への電気的接触はメタルガードシート層２４を介して為され得る。Ｐ及びＮのメタルコンタクト層１２及び１３は、最終的に、マウント基板上の対応する金属アノードパッド及びカソードパッドに接合される。

図３は、分散されたＮコンタクト領域１６の一部を示す図１の直線３−３に沿った断面図であり、Ｎ型層１８がメタルＮコンタクト層１３によって接触されている。領域１６でＮ型層１８へのコンタクトを作り出すためのメタライゼーション及びエッチングは、エッジ領域１４へのコンタクトが作製されるのと同時に行われる。

サファイア成長基板は、レーザリフトオフ又はその他のプロセスによって除去され得る。次いで、光取り出しを向上させるために、露出された頂部Ｎ型層表面２８が（例えば、エッチング又は研削によって）粗面化される。そして、頂面に、蛍光体層３０が堆積され、あるいは（タイルとして）その他の方法で取り付けられる。

蛍光体層３０が、黄緑色光（これは、青色光と組み合わされるときに白色光を生じる）を生成するＹＡＧ蛍光体であると仮定する。活性層２０によって生成された光子が蛍光体粒子３２（図２）にエネルギーを与えるとき、得られる波長変換光は通常、当方的に散乱され、故に、エネルギーのかなりの部分がＬＥＤダイに戻るように方向付けられる。図２は、活性化された幾つかの蛍光体粒子が光線３４を上へ下へと放つことを例示している。下向きの光は理想的には、領域１４及び１６のメタルＮコンタクト層１３と、Ｐコンタクト層１２とによって上向きに反射される。しかしながら、Ｎコンタクト層１３は典型的に、良好な反射体ではないアルミニウムである。従って、領域１４及び１６でＮコンタクト層１３に突き当たる光は有意に減衰されてしまう。良好なパッケージ効率は、ダイでの光吸収を回避するために、メタルコンタクトの高い反射率を当てにしている。

領域１４及び１６でのＮコンタクト層１３の限られた反射率に加えて、上に示したようなＬＥＤダイのパッケージ効率はまた、ＧａＮ半導体材料（高屈折率材料、例えばｎ＝２．５）から、より低い屈折率の蛍光体層（例えば、ｎ＝１．６）へと光を取り出すテクスチャ加工されたＮ型層表面２８の能力によって制限される。

故に、必要とされるのは、このような制限を緩和して優れたパッケージ効率をもたらすＬＥＤダイ構造である。

提案発明の１つの目的は、波長変換された光が等方的に放たれるとして、蛍光体層の光に曝されるダイ領域の実効的な反射率を高めることである。これを達成するため、本発明の一実施形態において、以下の技術が使用される。

全体的にいっそう高いダイ反射率に寄与する高反射領域が、その他の点では従来式のＬＥＤダイに追加される。これらの高反射領域は、蛍光体層によって生成される光を効率的に反射するようにダイ上の領域に配置されるべきである。一実施形態において、高反射領域は、光を生成しない領域内である。全体のダイ面積に対する高反射領域の割合は相当なもの（例えば、最大で５０％）であるべきである。標準的なＬＥＤダイサイズにおいてと同じ面積の量子井戸（そこで電子が光子に変換される）を保持するため、追加される高反射領域に概して比例して、活性層領域（及び結果として蛍光体領域）が増大される。

高反射領域は、ダイのエッジにぐるりと形成され得るとともに、ダイの中心部分付近に分散され得る。反射領域は、Ｎ型層又は更にはＰ型層への電気コンタクト領域として使用されてもよい。

一実施形態において、透明成長基板（例えば、サファイア）は除去されず、最終的に、該基板の頂面の上に蛍光体層が設けられる。高反射領域は、半導体層を貫いてエッチングされた、基板を露出させるトレンチの中である。そして、露出された表面が例えばＡｇなどの高反射材料で被覆される。反射材料が金属である場合、適正な電気アイソレーションが必要とされ得る。トレンチ内の反射金属は、Ｎ型層に電流を運んでもよいし運ばなくてもよい。一実施形態において、Ｐコンタクトは既に高度に反射性であるため、Ｐ型層の電気的接触は本発明によって影響されない。

他の一実施形態において、比較的低い屈折率を持つ誘電体層が、基板と高反射金属層との間に、又はＧａＮと金属層との間に、該誘電体層の表面に屈折率の不整合を作り出すように形成される。故に、臨界角よりも大きい角度で境界面に入射する光は、全反射によって損失なく反射することになり、誘電体層に入る光は金属層によって反射されることになる。

反射金属が高反射領域を作り出すことに代えて、あるいは加えて、関心波長の１００％を反射するように選定された厚さ及び屈折率を持つ積層された誘電体層を用いて、反射層を分布ブラッグ反射器としてもよい。

成長基板（例えば、サファイア）を除去しないことにより、当該基板は、蛍光体層からの下向きの光を散乱させて内部反射を抑制する助けとなり、当該基板は、良好な機械的支持を提供し、また、当該基板（約１．８の屈折率を持つ）は、ＧａＮの屈折率（ｎ＝２．５）と蛍光体のそれ（ｎ＝１．６）との間の屈折率を提供することによって内部反射を抑制する。

基板は、エピタキシャル層−基板界面での光取り出しを向上させるために、エピタキシャル層を成長させることに先立って、その成長面にテクスチャ（凹凸）パターニングを受け得る。

その他の実施形態も記載される。

メタルコンタクト領域を示す従来技術のフリップチップＬＥＤダイの底面図である。 図１の直線２−２に沿ったＬＥＤダイエッジの断面図である。 図１の直線３−３に沿った分散コンタクト領域の一部の断面図である。 本発明の一実施形態に従ったＬＥＤダイの底面図である。 図４の直線５−５に沿った高反射領域の一部の断面図である。 高反射金属がＮ型層と電気的に接触する本発明の他の一実施形態に従った図４の直線５−５に沿った高反射領域の一部の断面図である。 図４の直線７−７に沿った高反射領域のエッジ部分の断面図である。 基板のエッジが蛍光体ではなく反射体で被覆された図４の直線７−７に沿った高反射領域のエッジ部分の断面図である。 高反射金属がどのようにＮ型層と電気接触するかを示す図４の直線９−９に沿った分散Ｎコンタクトの一部の断面図である。 反射率を高めるために基板と高反射金属との間にどのように誘電体層があり得るかを例示する図４の直線５−５に沿った他の断面図である。 反射金属がＮ型層に接触し得るように図１０の誘電体層がどのように開かれるかを例示する図４の直線５−５に沿った他の断面図である。 どのようにして第１の金属層がＮ型層に接触し且つ高反射金属層が誘電体層の上に形成されるかを例示する図４の直線７−７に沿った他の断面図である。蛍光体層が基板の側面を覆って延在している。 どのようにして第１の金属層がＮ型層に接触し且つ高反射金属層が誘電体層を覆って形成されるかを例示する図４の直線７−７に沿った他の断面図である。基板の側壁上に反射体が形成されている。 誘電体層を覆って形成されたメタル反射層がどのようにしてＮ型層に接触し得るかを例示する、図７と同様の、図４の直線７−７に沿った他の断面図である。 誘電体層を覆って形成されたメタル反射層がどのようにしてＮ型層に接触し得るかを例示する、図９と同様の、図４の直線９−９に沿った他の断面図である。 高反射金属層を用いることに代えて、あるいは加えて、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を形成するように誘電体層がどのように積層され得るかを例示する高反射領域の拡大図である。 同じ又は同様である要素には同じ参照符号を付している。

図４は、本発明の一実施形態に従ったＬＥＤダイ４０の底面図である。ＬＥＤダイ４０は、電気コンタクトとして作用してもよいし作用しなくてもよい追加の高反射領域４２を含んでいる。また、ＬＥＤダイ４０の外周は、図１との比較において相対的に幅広の高反射エッジ領域４４を含んでいる。一実施形態において、活性層２０の面積は従来技術と同じであり、故に、同等の電気的仕様が双方に当てはまる。しかしながら、ＬＥＤダイ４０は、領域４２及び４４のために追加された面積に起因して大きくされるとともに、高められたパッケージ効率により光出力が増大される。

図示の実施形態において、従来技術のＰコンタクト層１２は有意に変更されていない。何故なら、（Ａｇを有する）Ｐコンタクト層１２は既に良好な反射体（リフレクタ）であるからである。

一実施形態において、ＬＥＤダイ４０は１ｍｍ×１ｍｍ程度の面を有する。

図４の例において領域４２は十字として形成されているが、それは如何なる形状であってもよく、好ましくは、ＬＥＤダイ４０の頂面にわたって相当に均一な光出力を提供するように設計される。領域４２は、ダイ表面積の１０％−５０％を占め得る。領域４２は活性層２０の一部を除去するので、光生成領域の損失を補償するようにダイが大きくされ得る。

図５は、図４の直線５−５に沿った高反射領域４２の一部の断面図である。

透明なサファイア成長基板４６は除去されない。基板４６は、場合により、蛍光体層３０を堆積するのに先立って薄化される。蛍光体層３０は、あらゆる周知技術を用いて基板４６の表面にコートされてもよく、あるいは、プリフォームされたタイルとして基板４６の表面に取り付けられてもよい。

そして、トレンチ４８（図４において十字として形成されている）が、透明基板４６の表面を露出させるように、様々な層を貫いてエッチングされる。

Ｐコンタクト層１２の金属（例えば、Ａｇ）がＰ型層２２の上に堆積される（これは、トレンチ４８を形成する前又は後に行われ得る）。そして、ガードシート層２４及び誘電体層２６が堆積され、基板４６を露出させるがＰコンタクト層１２を覆うようにパターニングされる。

次いで、基板４６の露出表面上に、また、誘電体層２６の如何なる部分をも覆って、例えばＡｇ又は合金などの高度に反射性の層５０が堆積及びパターニングされる。Ａｌの反射率が関心波長で約９０％であるのに対して、Ａｇの反射率は関心波長に関して約９５％である。

次いで、Ａｇマイグレーションが関心事である場合に、反射層５０を覆ってガードシート層５２が堆積され得る。

図５の視界の外側の領域で、Ｐコンタクト層１２を露出させるように反射層５０、ガードシート層２４、及び誘電体層２６がパターニングされ、故に、露出されたＰコンタクト層１２を、サブマウント又は印刷回路基板にマウントするときにアノード電極として使用することができる。Ｐコンタクト層１２の下方の反射層５０は、光に曝されず、Ｎ型層１８との電気的接触をとるためにのみ使用され得る。

図５は、様々な蛍光体粒子３２が光線３４を異なる方向に放つことを例示している。光は、ＡｇのＰコンタクト層１２で反射される光、及び反射層５０を形成するＡｇ層で反射される光が示されている。その他の場所で、光はまた、分散コンタクト領域５４（図４）内に位置する及びダイのエッジに沿って位置する反射層５０でも反射され得る。

図５の例では、反射層５０とＮ型層１８との間で電気的接触は為されていない。

図６は、図４の直線５−５に沿った他の一実施形態であり、誘電体層２６がエッチング除去された領域５６で、反射層５０によってＮ型層１８への電気的接触が為されている。幅狭のコンタクト領域５６は、良好な電流拡がりのために、図４の十字パターンのエッジを完全に一周して延在する。従って。ガードシート層５２及び反射層５０が、サブマウント又は印刷回路基板に接合される底部カソード電極の一部を形成し得る。

図７は、基板４６の側壁周りに延在する蛍光体層３０が追加された、図４の直線７−７に沿った高反射領域４４を示すダイ４０のエッジ部分の断面図である。これら様々な層の製造は、上述と同じとし得る。基板４６を露出させるようにダイ４０のエッジがエッチングされ、反射層５０（例えば、Ａｇ）を含む様々な層が図示のように堆積される。図７はまた、ダイ４０の中心部分を囲むメタルリング５８を用いて反射層５０がＮ型層１８への電気的接触を為すことを示している。リング５８を形成するのに使用される金属は、アルミニウムを有していてもよく、また、Ｎ型ＧａＮとオーミックコンタクトを為すのに従来から使用されている従来の金属スタックとし得る。リング５８は、図４に示した分散コンタクト領域５４内でＮ型層１８との接触を為すのに使用される金属（図９に関して後述する）と同時に堆積及びパターニングされる。エッジに沿った反射層５０によるＮ型層への電気的接触は、図６に示したように単純に誘電体層２６を開くことによって為されてもよいが、リング５８及びガードシート層部分６０を形成する接触面金属（インタフェースメタル）は、より良好な電気接続のためのインタフェースを提供する。このようなインタフェースは図６でも使用され得る。

反射層５０からのＡｇ原子のマイグレーションを阻止するため、メタルリング５８と反射層５０との間の障壁としてガードシート層部分６０が形成されている。ガードシート層部分６０は、ガードシート層２４と同時に形成され得る。

誘電体層２６が、反射層５０及びメタルリング５８を、メタルＰコンタクト層１２（これまた、高い反射率のためにＡｇを有し得る）からアイソレートする。

図７は、蛍光体粒子３２が様々な方向に光線３４を放つことを例示している。エッジに沿った反射層５０で反射される光線６２を１つの粒子３２がどのように放つかに注目されたい。反射層５０がＮコンタクトに使用される場合、当該反射層は典型的に、カソード電極として作用するようにダイの底面まで延在することになる。代わりに、反射層５０は、ダイ４０の底面に沿って延在する別種類のさほど反射性でない金属に電気的に接続されてもよい。何故なら、メタルＰコンタクト層１２の下方にあるメタルは光を受けないからである。カソード電極に関し、サブマウント又は印刷回路基板のメタルパッドへの接合を容易にするため、例えばＮｉ及びＡｕなど、その他の周知の金属が反射層５０を覆って堆積されてもよい。

図１と図４との比較により理解されるように、エッチングされるエッジが遥かに広く、エッジに沿って光が生成されない。しかしながら、ダイ４０は、光生成領域の損失を補償するように大きくされ得る。しかしながら、蛍光体３０によってのみでなく活性層２０によっても生成される光の反射が増大されるので、パッケージ効率が図１のダイ１０のそれよりも高くなる。故に、ＬＥＤダイ４０は、図１の従来技術のＬＥＤダイ１０と同じ電気的仕様を有しながらも、いっそう明るくなる。

一実施形態において、反射層５０によって覆われるダイ４０のエッジ周りのトレンチ４８の面積は、ダイ４０の表面積の１０％−５０％である。

図８は、図７と同様であるが、基板４６のエッジが蛍光体ではなく反射体６６で被覆されたている。基板４６は、ＬＥＤ半導体層よりも何倍も厚いことができ、故に、側面から放出される光もかなりである。そのような側面光が望ましくない場合、リフレクタ６６を形成することが推奨される。リフレクタ６６は、Ａｇ又はその他の好適材料とし得る。図８は、蛍光体粒子３２からの光線６８が反射層５０及びリフレクタ６６の双方で反射されていることを示している。

図９は、図４の直線９−９に沿った分散Ｎコンタクトの一部の断面図であり、どのように反射層５０が、ＬＥＤ層の円形エッチング開口内の幅狭リングを形成するメタルコンタクト７０を介して、Ｎ型層１８と電気接触するかを示している。メタルコンタクト７０は、図７のメタルリング５８を形成するのと同じ金属であり、同時に形成される。図４は４つの相等しい分散コンタクト領域５４を示しているが、電流の均一性の向上のために、もっと多く存在していてもよい。分散コンタクト領域５４は、図示のように円形又は概して錐台形状とすることができ、あるいは、矩形又はその他の形状であってもよい。故に、メタルコンタクト７０は、コンタクト領域５４のエッジの形状を取ることになろう。ガードシート層部分７２も図示されており、これは図７のガードシート層部分６０と同時に形成される。Ｎ型層１２への電気的接触が、電流を均等に拡げるよう、図６、７及び９に示した様々な電気コンタクトによって為される。

故に、分散コンタクト領域５４及び反射エッジ領域４４が、蛍光体層３０から突き当たって来る光のうちの約９５％を反射することになり、また、Ｐコンタクト層１２も高度に反射性であるので、領域１４及び１６でＮコンタクト層１３による有意な吸収が存在する図１のダイ１０とは対照的に、非常に少ない蛍光体光のみがダイ４０によって吸収される。従って、ＬＥＤの全体効率が向上される。

他の一実施形態において、トレンチ４８を追加して十字形状の反射層５０を形成する代わりに、分散コンタクト領域５４が図１の分散領域１６よりも大きくされ、Ｎ型層１８への電気的接触がコンタクト領域５４のエッジに沿って為され（図９に示される）、コンタクト領域５４の中心領域のみが高反射領域を追加する。なお、従来技術の図３においては、図９と対照的に、Ｎ型層１８と接触する分散領域１６は、単にＮ型層１８との電気的接触を為すためのものであり、使用されるコンタクトメタルが蛍光体光をかなり吸収してしまう。

Ａｇを用いる高反射領域の領域は、好ましくは、典型的にＡｌであるＮコンタクトメタルがＮ型層１８と接触する領域よりも遥かに大きく、また、このＡｌは、反射層５０とＮ型層１８との間の電気的インタフェースのために使用されるのみとすべきである。好ましくは、このＡｌは、例えば２Ｌｔ以下のコンタクト幅を提供するなど、Ｎ型層１８への良好な電気コンタクトのために厳密に必要とされるものしか占有しないとすべきである。ここで、Ｌｔは、典型的に約１μｍである金属−半導体コンタクトの伝達長である。残りの露出領域は、高反射金属（例えば、Ａｇ）によって好ましく覆われる。高反射層５０は、本発明の目的をなおも達成しながら電流担体として使用されてもよいし使用されなくてもよい。

図１０は、反射率を高めるために基板４６とメタル高反射層５０との間にどのように誘電体層２６があり得るかを例示している。誘電体層２６の屈折率（例えば、１．４−１．５）は、基板４６のそれよりも低いように選定される。図１０は、例えば図４の直線５−５、７−７、又は９−９にわたってなど、高反射率の領域のうちの何れかを示しているとし得る。故に、例えば光線７４など、臨界角よりも大きい角度で境界面に入射する光は、全反射によって損失なく反射することになり、例えば光線７６など、誘電体層２６に入る光は反射層５０によって反射されることになる。

また、一例において、Ｎ型層表面２８を含む薄化されたＮ型層１８が、図１０の左端まで延在してもよい。誘電体層２６及び反射層５０が、薄化されたＮ型層１８を覆って形成される場合、比較的低屈折率の誘電体層２６が、臨界角よりも大きい角度で入射する光をＧａＮ／誘電体界面で損失なく反射させることになる。誘電体層２６に入る光は反射層５０によって反射されることになる。反射層５０は、Ｎ型層１８のための電流を運んでもよいし運ばなくてもよい。

誘電体層２６の屈折率が低いほど、（スネルの法則に従って）臨界角が小さく、ひいては、全反射によって境界面で完全に反射されることになる光線の範囲が大きくなる。

図１１は、図４の直線５−５（又は、反射領域のその他のエッジ）に沿った他の断面図であり、メタル反射層５０がＮ型層１８に電気接触してＮ型層１８の電流を運び得るように図１０の誘電体層２６がどのように開かれ得るかを例示している。

図１２は、図４の直線７−７に沿った他の断面図であり、どのようにして第１の金属層８４（例えば、アルミニウム）が領域８６で誘電体層２６の開口を通ってＮ型層１８に接触し得るかを例示している。例えばＡｇなど、より高い反射率の金属で形成される反射層５０が、誘電体層２６を覆って第１の金属層８４上に形成され得る。図１０及び１１においてのように、基板４６と接触する誘電体層２６が、全反射によって一部の光を反射する。蛍光体層３０が基板の側面を覆って延在している。

図１３は、図４の直線７−７に沿った他の断面図であり、どのようにして第１の金属層８４がダイのエッジ付近でＮ型層１８に接触し得るかを例示している。図１３は、基板４６の側壁を覆って反射体６６が形成されている点で図１２と異なる。

図１４は、図７と同様の、図４の直線７−７に沿った他の断面図であり、誘電体層２６を覆って形成されたメタル反射層５０がどのようにして、メタルリング５８及びガードシート層部分６０を介してＮ型層１８に接触し得るかを例示している。

図１５は、図９と同様の、図４の直線９−９に沿った他の断面図であり、誘電体層２６を覆って形成されたメタル反射層５０がどのようにして、メタルコンタクト７０及びガードシート層部分７２を用いてＮ型層１８に接触し得るかを例示している。

反射金属が高反射領域を作り出すことに代えて、あるいは加えて、図１６に示すように、関心波長の１００％を反射するように選定された厚さ及び屈折率を持つ積層された誘電体層９０Ａ、９０Ｂ及び９０Ｃを用いて、反射層を分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）としてもよい。実際の実施形態においては、積層されたもっと多くの層が存在し得る。ＤＢＲを形成することは、他の用途に関して周知である。ＤＢＲを完全に突き抜ける光（例えば、光線９４）は、反射層５０を形成する金属層によって反射されることになる。この金属層はオプションとし得る。ＤＢＲは、誘電体層としての使用のためにＰ型層２２の下方に形成されてもよく、また、誘電体層２６の延長であってもよい。

なお、ＤＢＲはまた、メサ側壁反射を得るためにメサの側壁を覆うように延在されることができる。

成長基板４６を除去しないことにより、当該基板は、蛍光体層からの下向きの光を散乱させて内部反射を抑制する助けとなり、基板４６は、良好な機械的支持を提供し、また、基板４６（約１．８の屈折率を持つ）は、ＧａＮの屈折率（ｎ＝２．５）と蛍光体層３０のそれ（ｎ＝１．６）との間の屈折率を提供することによって内部反射を抑制する。基板４６の成長面を粗面化して内部反射を抑制することにより、光取り出しが更に向上され得る。

さらに、蛍光体層３０が半導体層から隔てられるので、蛍光体層３０に伝達される熱が少なく、より低温の要求を持つ蛍光体の使用が可能になる。

蛍光体層に代えて、例えば量子ドット層など、その他の波長変換層が基板４６の上に置かれてもよい。波長変換層は、基板４６と直に接触する必要はない。

本発明の特定の実施形態を図示して説明したが、当業者に明らかなように、より広い観点での本発明を逸脱することなく変形及び変更が為され得るのであり、故に、添付の請求項は、その範囲内に、本発明の真の精神及び範囲に入るそのような変形及び変更の全てを包含するものである。

Claims (14)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイの構造体であって、
   Ｎ型層と、Ｐ型層と、光を発する活性層とを含むＬＥＤ半導体層と、
   第１表面と、該第１表面とは反対の第２表面とを有する成長基板であり、
   前記Ｎ型層、前記Ｐ型層、及び前記活性層が、前記第１表面に成長されており、
   前記活性層によって生成される前記光の少なくとも一部が当該基板の前記第１表面に入って当該基板の前記第２表面を出て行くように、前記Ｎ型層、前記Ｐ型層、及び前記活性層が配置されており、
   前記ＬＥＤ半導体層が、前記ダイの中心部分付近に配置された１つ以上の開口を有し、該開口のうちの少なくとも１つが当該基板の前記第１表面を露出させる、
   基板と、
   前記基板の前記第２表面の上に位置する波長変換層と、
   前記波長変換層からの光を反射するように前記基板の前記第１表面の少なくとも一部に接触して前記１つ以上の開口内に堆積された反射材料と、
   前記１つ以上の開口のうちの少なくとも１つの開口のエッジに沿って前記Ｎ型層に直に接触したＮコンタクトメタルと
   を有し、
   前記１つ以上の開口内に堆積された前記反射材料は、前記波長変換層から発せられる前記光に対して、前記Ｎコンタクトメタルの反射率よりも高い反射率を有する、
   構造体。
2. 前記反射材料は、前記基板に直に接触する金属である、請求項１に記載の構造体。
3. 前記反射材料は、前記Ｎ型層及び前記Ｎコンタクトメタルに電気的に接続されて、前記Ｎ型層のための電流を導通する、請求項２に記載の構造体。
4. 前記反射材料は、前記Ｎ型層から電気的に絶縁されている、請求項２に記載の構造体。
5. 前記ＬＥＤダイのエッジに沿って前記ＬＥＤ半導体層内に形成された１つ以上のトレンチを更に有する請求項１に記載の構造体。
6. 前記１つ以上の開口のうちの１つは十字形状を形成している、請求項１に記載の構造体。
7. 前記１つ以上の開口は、複数の開口を有する、請求項１に記載の構造体。
8. 前記１つ以上の開口は、複数の開口を有し、当該構造体は、前記複数の開口の各々のエッジに沿って前記反射材料を前記Ｎ型層に電気接続するＮコンタクトメタルリングとして、前記Ｎコンタクトメタルを有する、請求項１に記載の構造体。
9. 前記反射材料はＡｇを有する、請求項１に記載の構造体。
10. 前記反射材料は、前記Ｎ型層及び前記Ｎコンタクトメタルと電気的に接触する第１の金属層であり、当該構造体は更に、前記Ｐ型層と電気的に接触する第２の金属層を有し、前記第１の金属層及び前記第２の金属層は、前記ＬＥＤダイの底面のアノード電極及びカソード電極にて終端している、請求項１に記載の構造体。
11. 前記波長変換層は、前記基板の側壁をも覆って形成された蛍光体層である、請求項１に記載の構造体。
12. 前記基板の側壁を覆って形成された反射体を更に有する請求項１に記載の構造体。
13. 前記反射材料は、分布ブラッグ反射器を形成する誘電体スタックを有する、請求項１に記載の構造体。
14. 前記基板と前記反射材料との間に誘電体層を更に有し、前記反射材料は、誘電体層と金属層とのスタックを有し、前記誘電体層は、前記基板と接触し、且つ前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項１に記載の構造体。

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